DE102010047883A1

DE102010047883A1 - Verfahren sowie Füllsystem zum volumen- und/oder mengengesteuerten Füllen von Behältern

Info

Publication number: DE102010047883A1
Application number: DE102010047883A
Authority: DE
Inventors: Manfred Härtel; Jonathan Lorenz
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2010-10-11
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2012-04-12
Also published as: EP2627603B1; EP2627603A1; WO2012048791A1; US20130220481A1; SI2627603T1; US9150398B2

Abstract

Verfahren sowie Füllsystem zum mengen- und/oder volumengesteuerten Füllen von Behältern mit einem wenigstens eine Hauptkomponente und wenigstens eine Zusatzkomponente aufweisenden Füllgut, bei dem die Komponenten in einem Füllprozess über eine gemeinsame Füllgutstrecke und ein Füllelement in den jeweiligen am Füllelement angeordneten Behälter eingebracht werden, und zwar gesteuert durch eine dem Füllelement zugeordnete Durchflussmesseinrichtung, die eine Beendigung des jeweiligen Füllprozesses dann veranlasst, wenn die wenigstens eine Hauptkomponente und die wenigstens eine Zusatzkomponente in dem erforderlichen Füllvolumen in den jeweiligen Behälter eingebracht sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Füllsystem gemäß Oberbegriff Patentanspruch 9.
„Behälter” sind im Sinne der Erfindung insbesondere Dosen, Flaschen, Tuben, Pouches aus Metall, Glas und/oder Kunststoff, aber auch andere Packmittel, die zum Abfüllen von flüssigen oder viskosen Produkten für ein Druckfüllen oder für ein druckloses Füllen geeignet sind.
Unter „Freistrahlfüllen” ist im Sinne der Erfindung ein Verfahren zu verstehen, bei dem das Füllgut dem zu befüllenden Behälter in einem freien Füllstrahl zuströmt, wobei der Behälter mit seiner Behältermündung oder -öffnung nicht am Füllelement anliegt, sondern von dem Füllelement bzw. von einem dortigen Füllgutauslass (Abgabeöffnung) beabstandet ist.
„Füllgut” im Sinne der Erfindung sind insbesondere flüssige oder fließfähige Produkte, die in einer flüssigen oder fließfähige Basis oder Matrix Feststoffe oder Festbestandteile, z. B. Partikel und/oder Fasern enthalten, beispielsweise Frucht-, Obst- oder Gemüsesäfte mit Frucht-, Obst- oder Gemüsestücken oder -fasern.
Der Ausdruck „im Wesentlichen” bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen von jeweils exakten Wert um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Es ist bekannt, das in Behälter abgefüllte Flüssigkeitsvolumen von Produkten durch Messung des Volumenstroms unter Verwendung von Durchflussmessern zu bestimmen, beispielsweise durch Messung mit magnetisch induktiven Durchflussmessern (MIDs), die keine bewegten Funktionselemente aufweisen und sich schon deswegen durch eine hohe Robustheit auszeichnen.
Bei Produkten, die Feststoffe oder Festbestandteile enthalten, bereitet die Messung der Flüssigkeitsvolumen bzw. des Volumenstroms des dem jeweiligen Behälter zugeführten Füllgutes aber häufig Probleme bzw. es kommt hierbei zu Fehlmessungen insbesondere auch dadurch, dass sich während der Messung Feststoffe an den Innenflächen des Durchflussmessers anlegen und/oder speziell bei magnetisch induktiven Durchflussmessern das diese Durchflussmesser durchströmende Produkt aufgrund der Feststoffe eine stark schwankende Leitfähigkeit aufweist und es dadurch zu Fehlmessungen kommt. Dies gilt auch dann, wenn derartige Feststoffe oder Festbestandteile enthaltende Produkte dem jeweils zu füllenden Behälter in wenigstens zwei Phasen oder Komponenten zugeführt werden, nämlich in Form einer feststofffreien oder im Wesentlichen feststofffreien Hauptkomponente und einer zudosierten die Feststoffe oder Festbestandteile in höherer Konzentration aufweisenden, aber noch fließfähige Zusatzkomponente.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches mit hoher Genauigkeit und betriebssicher ein volumen- und/oder mengengesteuertes Füllen von Behältern mit Feststoffe oder Festbestandteile enthaltenden Produkten ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Füllsystem zum volumen- und/oder mengengesteuerten Füllen von Behältern ist Gegenstand des Patentanspruches 9.
Bei der Erfindung erfolgt das Füllen der Behälter mit dem Feststoffe oder Festbestandteile enthaltenden Produkt oder Füllgut dadurch, dass dieses Füllgut in Form wenigstens einer feststofffreien oder im Wesentlichen feststofffreien Hauptkomponente und hiervon getrennt mit einer, die Feststoffe oder Festbestandteile enthaltenden allerdings noch fließfähigen Zusatzkomponente in den jeweiligen Behälter eingebracht wird. Die Dosierung bzw. Zudosierung, d. h. die Bestimmung des Füllvolumens der Zusatzkomponente erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mittelbar, und zwar durch Messung desjenigen Volumens der Hauptkomponente, der von dem in einen Speicher- oder Dosierraum eingebrachte Volumen der Zusatzkomponente verdrängt wird, und zwar mit einem Durchflussmesser, der hierbei ausschließlich von der wenigstens einen feststofffreien oder im Wesentlichen feststofffreien Hauptkomponente durchströmt wird. Trotz der Möglichkeit einer genauen Dosierung der wenigstens einen Zusatzkomponente sind Beeinträchtigungen oder Fehlmessungen bei der Bestimmung des Volumens dieser Zusatzkomponente durch Feststoffe oder Festbestandteile vermieden.
Als Durchflussmesser finden bei der Erfindung insbesondere magnetisch induktive Durchflussmesser (MIDs) Verwendung, die besonders preiswert, robust und überall bzw. nahe überall einsetzbar sind, sofern es um die Messung des Volumenstroms und damit des Volumens (Zeit-Integral des Volumenstroms) von flüssigen Produkten mit ausreichender elektrischer Leitfähigkeit geht.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 und 2 in vereinfachter Prinzipdarstellung ein Füllsystem zum Füllen von Behältern mit einem aus zwei Komponenten bestehenden flüssigen Füllgut, und zwar in unterschiedlichen Phasen oder Verfahrensschritten eines Füllprozesses;
3 und 4 ähnliche Darstellungen wie 1 und 2 bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Füllsystems.
Das in den 1 und 2 allgemein mit 1 bezeichnete Füllsystem dient zum Füllen von Behältern, die beispielhaft als Flaschen 2 dargestellt sind, mit einem flüssigen Füllgut, welches sich aus der Komponente K1 (Hauptkomponente) und der Komponente K2 (Zusatzkomponente) zusammensetzt, von denen die Komponente K1 eine flüssige, d. h. keine oder im Wesentlichen keine Feststoffe oder Festbestandteile enthaltende Komponente, beispielsweise Frucht-, Obst- oder Gemüsesaft und die Komponente K2 eine zwar noch flüssige oder fließfähige, aber Feststoffe oder Festbestandteile, beispielsweise Frucht-, Obst- oder Gemüse-Fasern oder -Bestandteile (auch Pulpe) in höherer Konzentration enthaltende Komponente sind.
Die beiden Komponenten K1 und K2 werden in einem Füllprozess in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise nacheinander in die jeweilige Flasche eingebracht, wobei das Vermischen dieser Komponenten im Wesentlichen erst in der jeweiligen Flasche 2 erfolgt.
Grundsätzlich erfolgt das Einbringen der Komponenten K1 und K2 in die jeweilige Flasche 2 derart, dass in wenigstens einer Füllphase des Füllprozesses das erforderliche Füllvolumen der Komponente K1 und in wenigstens einer Füllphase das erforderliche Füllvolumen der Komponente K2 in die zu füllende Flasche 2 eingebracht werden.
Das Füllsystem 1 umfasst in bekannter Weise ein Füllelement 3, in dessen Gehäuse 4 ein Flüssigkeitskanal 5 vorgesehen ist, der an der Unterseite des Gehäuses 4 eine Abgabeöffnung 6 bildet und an seinem dieser Abgabeöffnung 6 entfernt liegenden oberen Bereich über einen Anschluss 7 an das untere Ende einer Dosier- oder Produktleitung 8 angeschlossen ist. Das Füllelement 3 ist Bestandteil einer Füllmaschine umlaufender Bauart und hierfür zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente 3 am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend angetriebenen Rotors 9 vorgesehen, an welchem u. a. ein Kessel 10 für die Komponente K1, ein Ringkanal 11 für die Komponente K2 sowie ein Ringkanal 12 vorgesehen sind, und zwar jeweils für sämtliche Füllelemente 3 der Füllmaschine gemeinsam.
Der Ringkanal 12 ist Bestandteil eines nachstehend noch näher beschriebenen Heißumlaufs für die Komponente K1 ist, mit dem nicht nur die Komponente K1, sondern auch alle diese Komponente führenden Funktionselemente des Füllsystems 1 auf einer erhöhten, für ein heißsteriles Abfüllen benötigte Temperatur gehalten werden.
Während des Füllbetriebes ist der Kessel 10 mit der Komponente K1 niveaugesteuert teilgefüllt, und zwar unter Ausbildung eines von der Komponente K1 eingenommenen Flüssigkeitsraumes 10.1 und eines beispielsweise mit einem Inertgas gefüllten Gasraum 10.2 über dem Flüssigkeitsspiegel der Komponente K1.
Über eine Steuerventileinrichtung bzw. über ein erstes Steuerventil 13 dieser Einrichtung ist das obere Ende der Produktleitung 8 gesteuert mit dem Flüssigkeitsraum 10.1 des Kessels 1 verbindbar, und zwar über eine Zuleitung 14. Über ein zweites Steuerventil 15 der Steuerventileinrichtung ist das obere Ende der Produktleitung 8 gesteuert mit dem die Komponente K2 führenden Ringkanal 11 verbindbar. Die Produktleitung 8 und die Steuerventile 13 und 15 sind für jedes Füllelement 3 der Füllmaschine eigenständig vorgesehen.
Im Inneren des Flüssigkeitskanals 5 befindet sich zwischen dem Anschluss 7 und der Abgabeöffnung 6 ein durch eine Betätigungseinrichtung 16 betätigbares Flüssigkeitsventil 17, mit dem zur volumen- und/oder mengengesteuerten Abgabe des Füllgutes in die jeweilige Flasche 2 die Verbindung zwischen dem Anschluss 7 und der Abgabeöffnung 6 gesteuert am Beginn des jeweiligen Füllprozesses geöffnet und am Ende des Füllprozesses geschlossen wird, und zwar in Abhängigkeit von elektrischen Messsignalen eines ersten Durchflussmessers 18 und eines zweiten Durchflussmessers 19. Die beiden Durchflussmesser 18 und 19, die beispielsweise magnetisch induktive Durchflussmesser (MIDs) sind, messen bzw. erfassen jeweils den Volumenstrom der Komponente K1 durch die Produktleitung 8 und sind hierfür in der Produktleitung 8 räumlich von einander getrennt so angeordnet, dass sich der Durchflussmesser 18 im Bereich des oberen Endes der Produktleitung 8, d. h. in Strömungsrichtung auf die Steuerventile 13 und 15 folgend und der Durchflussmesser 19 im unteren Bereich der Produktleitung 8 in Strömungsrichtung vor dem Anschluss 7 befindet. Zwischen den beiden Durchflussmessern 18 und 19 bildet die Produktleitung 8 einen in den 1 und 2 wendelartig dargestellten Produktleitungsabschnitt 8.1, der als Speicher- oder Dosierraum dient und dessen Volumen wenigstens gleich dem größten, in die jeweilige Flasche 2 in einem Verfahrensschritt des Füllprozesses einzubringenden Füllvolumen der zweiten Komponente K2 ist, aber kleiner als das in die jeweilige Flasche 2 während des Füllprozesses einzubringenden Füllvolumens der ersten Komponente K1.
Für den Fall, dass das Füllelement 3 für eine Heißabfüllung vorgesehen ist, ist im Füllelement 3 bzw. im Gehäuse 4 weiterhin eine, ein Steuerventil 20 aufweisende Flüssigkeitsverbindung 21 vorgesehen, die den Flüssigkeitskanal 5 gesteuert mit dem Ringkanal 12 verbindet, und zwar u. a. derart, dass auch bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 17, d. h. vor Einleiten und/oder nach Beendigung des jeweiligen Füllprozesses und bei geöffneten Steuerventilen 13 und 20 eine Strömungsverbindung aus dem Flüssigkeitsraum 10.1 durch die Produktleitung 8, durch den Flüssigkeitskanal 5 und durch die geöffnete Flüssigkeitsverbindung 21 in den Ringkanal 12 und von diesem über eine nicht dargestellte, eine Heizeinrichtung aufweisende Verbindung zurück in den Kessel 10 für den Heißumlauf der Komponente K1 besteht.
Die jeweilige Flasche 2 ist für ein Freistrahlfüllen mit ihrer Flaschenöffnung 2.1 im Abstand unterhalb der Abgabeöffnung 6 angeordnet, und zwar mit ihrer Flaschenachse achsgleich mit der vertikalen Füllelementachse FA. Bei der dargestellten Ausführungsform dient zum Halten der jeweiligen Flasche 2 ein jedem Füllelement 3 zugeordneter und am Rotor 9 vorgesehener Behälterträger 22, an dem die Flasche 2 mit einem Flaschen-Mündungsflansch hängend gehalten ist.
Die Arbeitsweise des Füllsystems 1 lässt sich, wie folgt, beschreiben:
Während des Füllbetriebes sind der Flüssigkeitskanal 5 zumindest in Strömungsrichtung vor dem Flüssigkeitsventil 17, der Anschluss 7 sowie die Produktleitung 8 vollständig mit dem Füllgut gefüllt, und zwar vor Beginn des jeweiligen Füllprozesses bevorzugt ausschließlich mit der Komponente K1. Weiterhin befindet sich das Steuerventil 20 während des jeweiligen Füllprozesses im geschlossenen Zustand und wird erst nach Beendigung des jeweiligen Füllprozesses für den Heißumlauf geöffnet.
Am Beginn jedes Füllprozesses werden in einem ersten oder vorausgehenden Verfahrensschritt bei geschlossenen Steuerventilen 13 und 20 das Flüssigkeitsventil 17 und das Steuerventil 15 geöffnet, sodass die Komponente K2 aus dem Ringkanal 11 in die Produktleitung 8 bzw. in den Produktleitungsabschnitt 8.1 eingeleitet wird, und zwar unter Verdrängen eines Teils der bis dahin in der Produktleitung 8 befindlichen Komponente K1 über das geöffnete Flüssigkeitsventil 17 in die Flasche 2. Das dabei von der Komponente K2 aus der Produktleitung 8 verdrängte Volumen der Komponente K1 entspricht dem in die Produktleitung 8 eingebrachten Volumen der Komponente K2 und wird mit dem, in diesem Verfahrensschritt ausschließlich von der Komponente K1 durchströmten Durchflussmesser 19 erfasst.
Entspricht das mit dem Durchflussmesser 19 gemessene Volumen dem erforderlichen, in die jeweilige Flasche 1 einzubringenden Füllvolumen der Komponente K2, so wird das Steuerventil 15 geschlossen. Mit dem Durchflussmesser 19 werden also das in dem vorausgehenden Verfahrensschritt in die jeweiligen Flasche 2 eingebrachte Teilvolumen der ersten Komponente K1, zugleich aber auch das in die Produktleitung 8 bzw. in den Produktleitungsabschnitt 8.1 eingebrachte, d. h. zudosierte Volumen der Komponente K2 bestimmt.
In einem zweiten oder nachfolgenden Verfahrensschritt wird bei weiterhin offenem Flüssigkeitsventil 17 und geschlossenen Steuerventilen 15 und 20 das Steuerventil 13 geöffnet, sodass dann unter Spülen der Produktleitung 18, des Produktleitungsabschnitts 8.1, des Anschlusses 7 und des Flüssigkeitskanals 5 mit der Komponente K1 das gesamte, anfänglich in dieser Produktleitung 8 befindliche, d. h. zudosierte Volumen der Komponente K2 in die Flasche 2 eingebracht wird und die Produktleitung 18, der Produktleitungsabschnitt 8.1, der Anschluss 7 und der Flüssigkeitskanal 5 wiederum ausschließlich und vollständig mit der Komponente K1 gefüllt sind. Das hierbei der jeweiligen Flasche 2 zufließende Volumen der Komponente K1 wird dabei zunächst mit dem unteren Durchflussmesser 19 und dann später mit dem oberen Durchflussmesser 18 bestimmt, in jedem Fall aber so, das für die mengen- und/oder volumenmäßige Steuerung des Füllprozesses jeweils nur das Messsignal desjenigen Durchflussmessers 18 bzw. 19 genutzt wird, der aktuell nicht von der Komponente K2 oder von dem einen Anteil oder Rest der Komponente K2 enthaltenden Füllgut durchströmt wird.
Unter Berücksichtigung der durch die Konstruktion vorgegebenen und damit bekannten Volumina der Produktleitung 8, des Anschlusses 7 und des Flüssigkeitskanals 5, unter Berücksichtigung des Volumens der Komponente K1, die im ersten Verfahrensschritt bereits in die Flasche 2 eingebracht wurde, sowie eventuell auch unter Berücksichtigung weiterer Füllparameter, wie z. B. Temperatur der Komponenten K1 und K2 usw., erfolgt das Schließen des Flüssigkeitsventils 17 und des Steuerventils 13 zur Beendigung des Füllprozesses dann, wenn die Komponente K1 ebenfalls mit dem erforderlichen Füllvolumen in die jeweilige Flasche 2 eingebracht ist. Nach Beendigung jedes Füllprozesses wird bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 17 das Steuerventil 20 für den erneuten Heißumlauf wieder geöffnet.
Da beim Füllsystem 1 das Steuerventil 20 während des gesamten Füllprozesses geschlossen ist, ist u. a. wirksam verhindert, dass die Komponente K2 oder deren Bestandteile in den Ringkanal 12 und damit in den Heißumlauf gelangen.
Die 3 und 4 zeigen in einer Darstellung ähnlich den 1 und 2 ein Füllsystem 1a, welches sich von dem Füllsystem 1 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass in der in den 3 und 4 mit 8a bezeichneten Produktleitung keine Durchflussmesser vorgesehen sind, sondern für jedes Füllelement 3 des Füllsystems 1a bzw. der betreffenden Füllmaschine gesondert ein Durchflussmesser 18a in der Verbindungsleitung 14 und ein Durchflussmesser 19a in der Flüssigkeitsverbindung 21 angeordnet sind. Ansonsten entspricht das Füllsystem 1a dem Füllsystem 1, sodass diejenigen Bauteile und/oder Komponenten, die zumindest von ihrer Funktion her Bauteilen und/oder Komponenten des Füllsystems 1 entsprechen, in den 3 und 4 mit denselben Bezugsziffern wie in den 1 und 2 bezeichnet sind.
Das Volumen der Produktleitung 8a sowie des Anschlusses 7 ist größer als das Volumen der Komponente K2, die in einem Verfahrensschritt in die jeweilige Flasche 2 eingebracht wird, aber kleiner als das in die jeweilige Flasche 2 einzubringende Volumen der Komponente K1.
Mit dem Füllsystem 1a ist beispielsweise das folgende Füllverfahren möglich, wobei am Beginn eines jeden Füllprozesses die Produktleitung 8a, der Anschluss 7 und der Flüssigkeitskanal 5 in Strömungsrichtung vor dem Flüssigkeitsventil 17 vollständig mit der Komponente K1 gefüllt sind:
Am Beginn des Füllprozesses wird in einem ersten oder vorausgehenden Verfahrensschritt bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 17, bei geschlossenem Steuerventil 13 und bei geöffnetem Steuerventil 20 das Steuerventil 15 geöffnet, sodass die Komponente K2 aus dem Ringkanal 11 über das Steuerventil 15 in die Produktleitung 8 gelangt und hierbei die bis dahin in der Produktleitung 8a vorhandene Komponente K1 zumindest teilweise über den Anschluss 7, den Flüssigkeitskanal 11 und die Flüssigkeitsverbindung 21 in den Ringkanal 12 verdrängt. Das dabei die Flüssigkeitsverbindung 21 durchströmende Volumen der verdrängten Komponente K1 entspricht dem der Produktleitung 8a zufließenden Volumen der Komponente K2 und wird mit dem Durchflussmesser 19a erfasst. Sobald das mit dem Durchflussmesser 19a erfasste Volumen dem in die Flasche 2 einzubringenden Füllvolumen der Komponente K2 entspricht, werden das Steuerventil 15 und das Steuerventil 20 geschlossen. Das erforderliche Füllvolumen der Komponente K2 befindet sich dann in der Produktleitung 8a sowie eventuell teilweise auch im Anschluss 7.
In einem zweiten oder nachfolgenden Verfahrensschritt wird nach dem Schließen des Steuerventils 20 durch Öffnen des Flüssigkeitsventils 17 und des Steuerventils 13 die Komponente K1 aus dem Kessel 10 in die Produktleitung 8a eingeleitet. Hierdurch wird zunächst das dort vorhandene Volumen der Komponente K2 über die die Produktleitung 8a, den Anschluss 7 und den Flüssigkeitskanal 5 umfassende Flüssigkeitsverbindung in die Flasche 2 eingebracht und diese Flüssigkeitsverbindung vollständig mit der Komponente K1 gespült, sodass sie dann wiederum ausschließlich mit der Komponente K1 gefüllt ist. Das der Produktleitung 8a aus dem Kessel 10 zufließende Volumen der Komponente K1 wird mit dem Durchflussmesser 18a erfasst. Unter Berücksichtigung des durch die Konstruktion vorgegebenen und damit bekannten Volumens der Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Steuerventil 13 und der Abgabeöffnung 6, d. h. unter Berücksichtigung der bekanten Volumina der Produktleitung 8a, des Anschlusses 7 und des Flüssigkeitskanals 5 sowie eventuell auch unter Berücksichtigung von weiteren Füllparametern, wie beispielsweise Temperatur der Komponenten K1 und K2 usw. erfolgt das Schließen des Flüssigkeitsventils 17 mit der Betätigungseinrichtung 16 und damit die Beendigung des Füllprozesses dann, wenn auch die Komponente K1 mit dem erforderlichen Füllvolumen in die Flasche 2 eingebracht ist. Am Ende jedes Füllprozesses wird bei weiterhin geöffnetem Steuerventil 13 das Steuerventil 20 für den Heißumlauf der Komponente K1 erneut geöffnet.
Bei dem Füllsystem 1a wird das in die jeweilige Flasche 2 einzubringende Füllvolumen der Komponente K2 ebenfalls nicht unmittelbar, sondern mittelbar durch das von dieser Komponente verdrängte und mit den Durchflussmessern 18a und 19a erfasste Volumen der Komponente K1 bestimmt.
Bei dem Füllsystem 1a ist das Flüssigkeitsventil 17 während des Zudosierens der Komponente K2, d. h. während des Einbringens dieser Komponente in den Produktkanal 8a geschlossen. Das Zudosieren der Komponente K2 kann daher bei einer dieses Füllsystem aufweisenden Füllmaschine umlaufender Bauart bereits im Winkelbereich der Drehbewegung des Rotors 9 zwischen einem Behälterauslauf und einem Behältereinlauf der Füllmaschine, d. h. im sogenannten „Verlustwinkel” der Drehbewegung des Rotors 9 erfolgen, d. h. bevor die zu füllende Flasche 2 am Behältereinlauf an die jeweilige von dem Füllelement 3 und dem Behälterträger 22 gebildete Füllstelle übergeben wird. Hierdurch wird der für den gesamten Füllprozess nutzbare Winkelbereich der Drehbewegung des Rotors 9 wesentlich vergrößert sowie in erheblichem Maße Prozesszeit für den Füllprozess gewonnen, so dass bei vorgegebenen Maschinenabmessungen (Durchmesser des Rotors 9) u. a. auch eine erhebliche Steigerung der Leistung der Füllmaschine (Anzahl der gefüllten Flaschen 2 je Zeiteinheit) erreicht wird.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung werden generell Fehlmessungen der Durchflussmesser 28, 29 bzw. 28a, 29a insbesondere durch feste Bestandteile im Füllgut vermieden. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung wird weiterhin eine hohe Dosiergenauigkeit beim Einbringen der Komponenten K1 und K2 in die Flaschen 2 sowie eine hohe Genauigkeit des in die Flaschen 2 jeweils eingebrachten Gesamtfüllvolumens erreicht.
Die Erfindung wurde vorstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So ist vorstehend stets von Volumen oder Füllvolumen die Rede. Selbstverständlich sind diese Begriffe auch gleichwertig mit „Menge” oder „Füllmenge” zusetzen.
Vorstehend wurde die vorliegende Erfindung im Wesentlichen an solchen Füllelementen 3 erläutert, die für eine Heißabfüllung von Produkten vorgesehen oder geeignet waren. Es versteht sich dabei aber von selbst, dass auch andere, nicht für eine Heißabfüllung von Produkten oder Füllgütern vorgesehene Füllelemente für die Anwendung der vorliegenden Erfindung geeignet sind, so dass die vorliegende Erfindung bzw. die Anwendung dieser Erfindung trotzt der gewählten Ausführungsbeispiele nicht auf zur Heißabfüllung geeignete Füllelemente 3 beschränkt ist
Weiterhin wurde davon ausgegangen, dass jeweils nur in einem Verfahrensschritt des gesamten Füllprozesses die Komponente K2 in den von dem Produktleitungsabschnitt 8.1 bzw. von der Produktleitung 8a und eventuell teilweise auch von dem Anschluss 7 gebildeten Dosier- oder Speicherraum eingebracht und in einem anschließenden Verfahrensschritt aus diesem mit der Komponente K1 in die Flasche 2 ausgebracht wird. Selbstverständlich besteht insbesondere bei entsprechend großvolumigen Flaschen 2 oder anderen großvolumigen Behältern die Möglichkeit, diese vorgenannten Verfahrensschritte im jeweiligen Füllprozess zweimal oder aber mehrfach wiederholt durchzuführen. In jedem Fall erfolgt aber die Messung des Füllvolumens der Komponente K2 indirekt durch Messen des von dieser Komponente verdrängten Volumen der Komponente K1, sodass die Steuerung des Füllprozesses ausschließlich durch Signale solcher Durchflussmesser 18/19 bzw. 18a/19a erfolgen kann, die aktuell nur von der Komponente K1 oder von einem Füllgut durchströmt werden, welches die Komponente K2 allenfalls in einem für die Messgenauigkeit und/oder Messsicherheit nicht relevanten Anteil enthält.
Bezugszeichenliste

1, 1a: Füllsystem
2: Flasche
2.1: Flaschenöffnung
3: Füllelement
4: Füllelementgehäuse
5: Flüssigkeitskanal im Gehäuse 4
6: Abgabeöffnung
7: Anschluss
8, 8a: Produkt oder Dosierleitung
8.1: Produktleitungsabschnitt
9: Rotor
10: Kessel
10.1: Flüssigkeitsraum
10.2: Gasraum
11, 12: Ringkanal
13: Steuerventil
14: Verbindungsleitung
15: Steuerventil
16: Betätigungseinrichtung
17: Flüssigkeitsventil
18, 19: Durchflussmesser
18a, 19a: Durchflussmesser
20: Steuerventil
21: Flüssigkeitsverbindung
22: Behälterträger
K1, K2: Komponenten des Füllgutes
FA: Füllelementachse

Claims

Verfahren zum mengen- und/oder volumengesteuerten Füllen von Behältern (2) mit einem wenigstens eine Hauptkomponente (K1) und wenigstens eine Zusatzkomponente (K2) aufweisenden Füllgut, bei dem die Komponenten (K1, K2) in einem Füllprozess über eine gemeinsame Füllgutstrecke (8, 8a) und ein Füllelement (3) in den jeweiligen am Füllelement (3) angeordneten Behälter (2) eingebracht werden, und zwar gesteuert durch eine dem Füllelement (3) zugeordnete Durchflussmesseinrichtung (18, 19; 18a, 19a), die eine Beendigung des jeweiligen Füllprozesses dann veranlasst, wenn die wenigstens eine Hauptkomponente (K1) und die wenigstens eine Zusatzkomponente (K2) in dem erforderlichen Füllvolumen in den jeweiligen Behälter (2) eingebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Durchflussmesseinrichtung wenigstens zwei bezogen auf eine Strömungsrichtung des Füllgutes voneinander beabstandete Durchflussmesser (18, 18a, 19, 19a), vorzugsweise magnetisch induktive Durchflussmesser (MIDs) verwendet werden, dass am Beginn jedes Füllprozesses die Füllgutstrecke (8, 8a) sowie bevorzugt auch ein mit dieser Füllgutstrecke (8, 8a) ständig in Verbindung stehender Flüssigkeitsraum (5, 7) des Füllelementes (3) ausschließlich mit der wenigstens einen Hauptkomponente (K1) gefüllt sind, dass während jedes Füllprozesses in wenigstens einem vorausgehenden Verfahrensabschnitt die wenigstens eine Zusatzkomponente (K2) in einen von der Füllgutstrecke (8, 8a) gebildeten Speicher- oder Dosierraum eingeleitet und hierbei das aus der Füllgutstrecke (8, 8a) oder aus dem Speicher- oder Dosierraum durch die wenigstens eine Zusatzkomponente (K2) verdrängte Volumen der wenigstens einen Hauptkomponente (K1) mit wenigstens einem der Durchflussmesser (19, 19a), der dabei ausschließlich von der wenigstens einen Hauptkomponente (K1) durchströmt wird, erfasst wird, und zwar zur mittelbaren Bestimmens des Volumens der dem Speicher- oder Dosierraum zufließenden wenigstens einen Zusatzkomponente (K2), dass das Einleiten der wenigstens einen Zusatzkomponente (K2) in den Speicher- oder Dosierraum dann beendet wird, wenn das aus der Füllgutstrecke (8, 8a) oder dem Speicher- oder Dosierraum durch die wenigstens eine zweite Komponente verdrängte und mit dem wenigstens einen Durchflussmesser (19, 19a) gemessene Volumen der ersten Komponente (K1) einen vorgegebenen Wert erreicht hat, dass in wenigstens einem weiteren, nachfolgenden Verfahrensschritt die wenigstens eine Hauptkomponente (K1) in die Füllgutstrecke (8, 8a) und über diese sowie über das Füllelement (3) in den jeweiligen Behälter (2) eingeleitet wird, und zwar unter Mitführung der wenigstens einen Zusatzkomponente (K2) aus dem Speicher- und Dosierraum, und dass während dieses nachfolgenden Verfahrensschrittes das Volumen der dem Behälter (2) zufließenden Hauptkomponente (K1) ebenfalls mit wenigstens einem Durchflussmesser (18, 18a) erfasst wird, der dabei ausschließlich von der wenigstens einen Hauptkomponente (K1) durchströmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Hauptkomponente während des vorausgehenden Verfahrensabschnitts mit wenigstens einem ersten in Strömungsrichtung des Füllgutes auf den Speicher- oder Dosierraum folgenden Durchflussmesser (19, 19a) und/oder während des nachfolgenden Verfahrensabschnitts zumindest zeitweise mit wenigstens einem zweiten in Strömungsrichtung des Füllgutes dem Speicher- oder Dosierraum vorausgehenden Durchflussmesser (18, 18a) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Füllprozesses die Prozessfolge bestehend aus dem vorausgehenden Verfahrensschritt und dem nachfolgenden Verfahrensschritt nur einmal oder wenigstens zweimal durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ausgehenden Verfahrensschritt die durch das Einleiten der wenigstens einen Zusatzkomponente (K2) aus dem Speicher- oder Dosierraum verdrängte wenigstens eine Hauptkomponente (K1) in den jeweils zu füllenden Behälter (2) geleitet oder bei geschlossenem Füllelement (3) in einen Zusatzkanal (12) verdrängt wird, vorzugsweise in einem Zusatzkanal (12), aus dem die wenigstens eine Hauptkomponente (K)1 an einen Vorratsbehälter oder Kessel (10) für diese Komponente zurückgeführt wird.
Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hauptkomponente (K1) der Füllgutstrecke (8, 8a) durch gesteuertes Öffnen und Schließen wenigstens eines ersten Steuerventils (13) und die wenigstens eine Zusatzkomponente der Füllgutstrecke durch gesteuertes Öffnen und Schließen wenigstens eines zweiten Steuerventils (15) zugeführt wird, und dass das Volumen der wenigstens einen Hauptkomponente (K1) in dem nachfolgenden Verfahrensschritt zumindest zeitweise mit einem Durchflussmesser (18, 18a) erfasst wird, der von der wenigstens einen Hauptkomponente (K1) nach dem ersten Steuerventil (13) oder vor dem ersten Steuerventil (13) durchströmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem vorausgehenden Verfahrensschritt das Volumen der wenigstens einen aus der Füllgutstrecke (8, 8a) verdrängten Hauptkomponente mit einem Durchflussmesser (19, 19a) erfasst wird, der in der Füllgutstrecke (8) bezogen auf die Strömungsrichtung des Füllgutes auf den Speicher- oder Dosierraum folgend oder aber in einer einen Flüssigkeitskanal (5) des Füllelementes (3) mit dem Zusatzkanal (12) verbindenden Flüssigkeitsverbindung (21) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsverbindung (21) während des nachfolgenden Verfahrensschrittes gesperrt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zusatzkomponente (K2) in einer fließfähigen Basis oder Matrix festere Bestandteile oder Feststoffe oder Festbestandteile, wie z. B. Fasern und/oder Partikel, z. B. Frucht- oder Obst- oder Gemüsefasern oder -stücke enthält, und/oder dass die wenigstens eine Hauptkomponente (K1) eine flüssige Komponente ohne oder im Wesentlichen ohne derartige festere Bestandteile oder Feststoffe oder Festbestandteile ist.
Füllsystem zum volumen- oder/oder mengengesteuerten Füllen von Behältern (2) mit einem wenigstens eine Hauptkomponente (K1) und wenigstens eine Zusatzkomponente (K2) aufweisenden Füllgut, mit einem Füllelement (3) mit wenigstens einem Flüssigkeitskanal (5), der wenigstens eine Abgabeöffnung (6) zur Abgabe des Füllgutes in den jeweiligen, am Füllelement (3) angeordneten Behälter (2) bildet, mit wenigstens einem im Flüssigkeitskanal (5) angeordneten Flüssigkeitsventil (17) zum gesteuerten Öffnen und Schließen des Füllelementes (3), welches über eine wenigstens zwei Steuerventile (13, 15) aufweisende Steuerventileinrichtung an eine Quelle (10) für die wenigstens eine Hauptkomponente (K1) und an eine Quelle (11) für die wenigstens eine Zusatzkomponente (K2) angeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine für die wenigstens eine Hauptkomponente (K1) und die wenigstens eine Zusatzkomponente (K2) gemeinsame und einen Speicher- oder Dosierraum (8.1) für das Zudosieren der wenigstens eine Zusatzkomponente (K2) bildende Füllgutstrecke (8, 8a), sowie durch wenigstens zwei jeweils den Volumenstrom des Füllgutes erfassende und ein entsprechendes elektrisches Messsignal erzeugende Durchflussmesser (18, 19; 18a, 19a), die vorzugsweise magnetisch induktive Durchflussmesser (MIDs) sind und von denen wenigstens ein erster Durchflussmesser (19, 19a) bezogen auf die Strömungsrichtung des Füllgutes in der Füllgutstrecke (8) nach dem Speicher- oder Dosierraum oder in einer gesteuerten, den Flüssigkeitskanal (5) des Füllelementes (3) mit einem Hilfs- oder Zusatzkanal (12) verbindenden und wenigstens ein weiteres Steuerventil (20) aufweisenden Verbindung (21) angeordnet ist und von denen wenigstens ein zweiter Durchflussmesser (18, 18a) in der Füllgutstrecke bezogen auf die Strömungsrichtung des Füllgutes auf die Steuerventilanordnung folgend oder bezogen auf die Strömungsrichtung der wenigstens einen Hauptkomponente (K1) in einer ausschließlich diese Komponente führenden Verbindung vor der Steuerventilanordnung angeordnet ist.
Füllsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auch bei Anordnung des wenigstens einen ersten Durchflussmessers (19) in der Füllgutstrecke (8) die gesteuerte, das wenigstens ein weiteres Steuerventil (20) aufweisende Verbindung zwischen dem Flüssigkeitskanal (5) und dem Hilfs- oder Zusatzkanal (12) vorgesehen ist.
Füllsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuerte Verbindung (21) zwischen dem Flüssigkeitskanal (5) und dem Hilfs- oder Zusatzkanal (12) Teil eines Heißumlaufs für die wenigstens eine Hauptkomponente (K1) ist.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllgutstrecke von einer Produkt- oder Rohrleitung (8, 8a) zwischen der Steuerventilanordnung und dem Füllelement (3) oder einem Füllgutanschluss (7) dieses Füllelementes (3) gebildet ist, vorzugsweise von einer zumindest in Teilbereichen in vertikaler Richtung oder im Wesentlichen in vertikaler Richtung sich erstreckenden und/oder zur Ausbildung des Speicher- oder Dosierraumes zumindest in einem Teilabschnitt (8.1) wendelartig geformten Produktleitung (8, 8a).
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Bestandteil einer Füllmaschine umlaufender Bauart ist, und zwar mit einer Vielzahl von Füllelementen (3) an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufenden Rotor (9) und dass für jedes Füllelement (3) eigenständig die Füllgutstrecke (8, 8a), die diese Füllgutstrecke (8, 8a) gesteuert mit den Quellen (10, 11) für die wenigstens eine Hauptkomponente (K1) und die wenigstens eine Zusatzkomponente (K2) verbindende Steuerventilanordnung, die ersten und zweiten Durchflussmesser (18, 18a; 19, 19a) sowie vorzugsweise auch die zusätzliche, steuerbare Verbindung (21) vorgesehen sind.